高頻發生器1.對高頻發生器性能的基本要求高頻發生器在工業上稱射頻發生器。在IP光譜分析上又稱高頻電源（簡稱RF）它是ICP火焰的能源

高頻發生器

1.對高頻發生器性能的基本要求

高頻發生器在工業上稱射頻發生器。在IP光譜分析上又稱高頻電源（簡稱RF）它是ICP火焰的能源。對高頻發生器性能的基本要求如下：

（1）輸出功率設計應不小于1.6kW。這里所說的輸出功率是指輸出在等離子體火焰負載線圈上得到的功率，又稱正向功率。而反射功率愈小愈好，一般不能超過10W。當高頻電源頻率為27.12MHz或40.68MHz時，功率在300～500W時就能維持ICP火焰，但不穩定，無法用于樣品分析，必須使輸出功率在800以上，火焰保持穩定后才能進行樣品分析。一般在上述兩種頻率工作時，其點燃ICP火焰所需功率為600W。點燃炬焰后，需等待不小于5s時間使其穩定后才能進樣分析。

（2）頻率設計為27.12MHz或40.68MHz，這是由分析性能和電波管理制度所決定的。分析性能要求頻率不能過低，頻率過低維持穩定的ICP放電必須增大輸出功率，這不僅要消耗更多的電能，使發生器體積龐大，同時還要耗用更多的冷卻氬氣。此外，頻率過低趨膚效應明顯減弱，不易形成火焰中心通道，造成樣品難以通過ICP火焰。

頻率為27.12MHz或40.68MHz，是電波管理制度所規定的工業頻率區域，為標準工業頻率振蕩器6.78MHz的4倍或6倍值，完全符合電波管理制度的規定要求。

（3）輸出功率波動要求≤0.1％。在ICP發射光譜分析中，高頻發生器功率輸出的穩定性直接影響分析的檢出限與分析精度。這是發生器的重要指標，它的波動將增大測量的誤差。

（4）頻率穩定性一般要求≤0.1％。頻率穩定性在ICP發射光譜分析中，對測試影響比功率影響要小得多，頻率穩定性是比較容易做到的。但也有一定要求，不能提供過高頻率，以免干擾無線電通信。

（5）電磁場輻射強度，應符合工業衛生防護的要求。根據國家環境電磁波衛生防護標準，頻率為3～30MHz時，一級安全區的電磁波允許強度應≤10Vm。30～300MHz頻率范圍內允許強度≤5V/m。目前商品儀器的ICP電源的電磁輻射場強度遠低于標準值。

（6）高頻發生器盡量采用獨立接地。以免影響附近電器設備，尤其是同一電源的計算機工作。

2. 高頻發生器的類型

目前使用的高頻發生器有兩種類型：自激式高頻發生器和它激式高頻發生器。它們都能滿足提供ICP火焰的能源及ICP光譜分析的要求。高頻發生器是由振蕩、倍頻、激勵、功放、匹配等單元組成。自激式的高頻發生器是由一個電子管同時完成振蕩、激勵、功放、匹配輸出的功能。它激式高頻發生器是由一個標準化頻率為6.78MHz的石英晶體振蕩器經兩次或三次倍頻，得到27.12MHz或40.68MHz頻率后，使之激勵，再經過功率放大到2.5kW以上輸出，并經過定向耦合器、匹配箱與負載線圈相連。

（1）自激振蕩式和它激振蕩式電路區別自激式高頻發生器電路簡單，調試容易，負載（ICP火焰）發生變化，振蕩參數變化而引起頻率遷移時，它有自動補償、自身調諧作用。但它功率轉換效率低，功率轉換時損失較大。往往需要制成大功率高頻發生器才可滿足使用。同時，它的振蕩頻率無法控制，如果自激式高頻發生器不帶功率自動控制電路裝置，ICP火焰進入不同性質物質、樣品溶液濃度相差很大、負載產生較大變化時，輸出功率穩定性差，其分析的精度受到很大影響。

它激式高頻發生器的優點是輸出轉化效率高，振蕩頻率穩定。易采用閉環控制激勵級，使其實現功率自動控制。當ICP火焰進入不同性質物質、樣品溶液濃度相差較大、負載產生較大變化時，由于功率輸出端自動反饋信號而進行調節，使功率自動控制。其分析精度不受影響。

（2）自激式高頻發生器原理自激式高頻發生器是由整流電源、功率放大電子管、電感-電容組成LC振蕩回路三部分組成（見圖1）。

圖1 自激式高頻發生器振蕩回路

G—三極管；R—漏電阻；C1—振蕩電容器；C2—隔直電容器；C3—柵極路電容器；

Lp—負載線圈；L1—極反饋線圈；ZUL1—扼流圈

當接通電源時，高頻電流通過隔直電容器C2，對可調的振蕩電容器C1充電，C1與電感Lp（為ICP負載線圈）并聯產生高頻振蕩。其振蕩的頻率為：

通過反饋線圈電感L1耦合作用，產生反饋電壓（稱為激勵電壓，其頻率也為f0），加在電子管的柵極上，保持對ICP放電的穩定，維持等幅振蕩，不間斷地給振蕩回路補充能量。圖1所示為采用正反饋激勵方式。當電路工作條件有變動而使振幅減小時，則加在柵極上的反饋電壓亦減小，使柵流減小，柵壓降低，則陽流增大，振蕩重新增大到原來的數值；如果由于某種原因使振幅加大，則反饋增強，使柵流增大，柵極降低到更負，放大倍數降低，從而限制振幅的增大。這樣振蕩回路的能量便可由電子管得到合拍的補充，使等幅振蕩得以維持，并可自動補償振蕩能量的微小變化。

自激式高頻發生器通過從高頻輸出端到負載線圈之間，增加定向耦合器，從定向耦合器上，取其高頻信號，經減頻、減波與提供的基準電壓比較，其差值經放大反饋到輸入的振蕩管陽極電壓，達到輸出功率穩定，使之能滿足ICP光譜分析的要求。

（3）它激式高頻發生器原理 它激式高頻發生器線路框圖見圖2。

圖2 它激式高頻發生器框圖

由石英晶體振蕩器、倍頻、激勵、功放、匹配五部分組成，采用標準化頻率為6.87MHz的石英晶體振蕩器工作，經過倍頻電路處理，使之產生27.12MHz或40.68MHz工作頻率，將這種電流激勵和放大，其輸出功率通過匹配箱和同軸電纜傳輸到ICP負載線圈上。

這種類型的高頻發生器，頻率穩定性高、耦合效果好、功率轉換效率高、功率輸出易實現自動控制、輸出功率的穩定性可達≤0.1％。完全可以滿足ICP光譜分析的要求。當負載阻抗發生變化時，可借助置于同軸電纜與負載線圈之間的阻抗匹配網路（匹配箱）自動調諧。同時，從安裝在主高頻傳輸線上的定向耦合器上，取出高頻信號作為反饋信號，與標準的電源參比，然后對整機的輸出功率進行調節，從而得到穩定的功率輸出。

（4）晶體管型高頻發生器高頻電流的傳輸與普通的交流電路和直流電路不同，一段幾厘米長的導線，不僅有不可忽略的電阻，而且隨線路走線的路徑不同，有很大的感抗和容抗，因此在整機中不能忽視它的存在。過去很多ICP光譜儀裝置中，將高頻發生器與主機分離，從高頻電源到負載線圈之間必須采用同軸電纜相連接。隨著高頻技術進步，目前很多光譜儀均采用一體化結構，把高頻電源與等離子體負載線圈裝在一起，其距離愈近愈好，以降低高頻電流傳輸引起的高頻損耗。同時，為了提高功率轉換效率，減小儀器體積，采用高頻晶體管取代電子管或一般晶體管作為放大的器件。它只需采用兩支高頻的晶體管（Q1和Q2）完成功率放大。這種新型高頻發生器，頻率穩定性高、耦合效果好、功率轉換效率高、功率穩定好。同時，儀器體積大大縮小，特別適合于與整機體積小、中階梯光柵分光-CCD光電轉換的所謂“全譜型”ICP光譜儀相匹配高頻晶體管型發生器放大電路部分見圖3。

圖3 高頻晶體管型發生器放大電路

目前商品化的ICP儀器，其高頻發生器多數采用這種晶體管型高頻發生器，稱為全固態發生器。

免責聲明：文章僅供學習和交流，如涉及作品版權問題需要我方刪除，請聯系我們，我們會在第一時間進行處理。